Виды эволюционируют, создавая резервные системы для молекулярных механизмов жизни

Команда учёных из Стэнфорда проанализировала, как белки — биологические машины, производимые ДНК, — эволюционируют, чтобы поддерживать сеть молекулярных взаимодействий, от которой зависит вся жизнь.

Исследователи изучили 1840 видов — от бактерий до приматов. Они обнаружили, что каждый вид развил резервные планы, позволяющие его белковым системам находить обходные пути, когда естественные процессы нарушаются. Устойчивость вида сильно коррелирует с наличием белковых сетей, устойчивых к сбоям и способных взаимодействовать множеством способов для поддержания жизни.

Метод исследования

Учёные создали базу данных по 9 миллионам белковых взаимодействий. В вычислительном эксперименте они случайным образом "выключали" определённый процент белков каждого организма, проверяя, позволят ли резервные системы белковым сетям продолжать функционировать.

Аналитический подход аналогичен бросанию листа стекла: если откалываются лишь мелкие фрагменты, это указывает на высокую устойчивость. Если белковые сети организма остаются в основном целыми даже при удалении некоторых белков, это говорит о его устойчивости.

Результаты и эволюционный контекст

Исследование показало, что организмы отсрочивают коллапс благодаря различным резервным механизмам, что проявляется в способности их белковых сетей сохранять целостность системы.

Учёные также сравнили виды во времени. Поскольку известен примерный порядок появления различных форм жизни, они предположили: если устойчивость белковых сетей даёт эволюционное преимущество, то позднее появившиеся организмы должны иметь более "ударопрочные" сети, чем предшествующие. Это подтвердилось.

Взаимосвязь генома и интерактома

Исследование подчёркивает важность изучения генома и интерактома (совокупности всех белковых взаимодействий вида) вместе. ДНК создаёт и регулирует белковые сети, которые развивают резервные процессы для адаптации. В некоторых случаях эти адаптации оказываются настолько полезными, что геном сохраняет эти белковые улучшения, чтобы они могли быть унаследованы.

"Гены не могут объяснить всё. Мы можем получить глубокое понимание многих особенностей организмов, исследуя количественные свойства белков и вычислительные паттерны сетей их взаимодействий", — отмечает старший автор работы, компьютерный учёный Юре Лесковец.